CN101102052B - 供电单元、供电装置、供电系统及供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种供电单元、供电装置、供电系统及供电方法，其中供电方法包括：检测到外部电源在位时，断开电源管理单元及电池与非小系统模块的供电连接，将外部电源与非小系统模块进行供电连接，对非小系统模块进行供电。通过本发明，无论外部电源在位与否，对非小系统模块进行供电时都不需要通过电源管理单元的充电控制模块，因此减小了流经充电控制模块的电流。并且由于外部电源在位时不由电池供电，因此也减少了电池的充电次数，延长了电池的使用寿命。

Description

供电单元、供电装置、供电系统及供电方法

技术领域

本发明涉及供电技术，尤其涉及在设备中通过外部电源和电池进行供电的供电技术。

背景技术

随着手机等电池供电的便携式设备的耗电越来越大，用于管理电源的电源管理单元(Power Management Unit，简称PMU)的发热也越来越大，从而影响电源管理单元的性能和使用寿命。如图1所示为现有技术中供电单元结构示意图，其中，电源管理单元10包括充电控制模块11和电压转换模块12，其中电压转换模块12主要包含若干个直流转换模块(简称：DC/DC模块)，用于电压变换，并且还包括若干个低压差线性稳压器(Low Drop-Out，简称LDO)；电源管理单元10通过V_CHG管脚与外部电源20相连，并通过V_BAT管脚与电池30的V_BAT_IN管脚相连；电源管理单元10既为小系统模块40供电，也为非小系统模块50供电。其中小系统模块40是指对稳压性能要求高的一些功能模块，如基带集成电路(Base Band Integrated Circuit，简称BBIC)、存储器(MEMORY)、射频发送接收模块(RFTX，RFRX)、混频器(MIXER)等；非小系统模块50是指对稳压性能要求不高但耗电量很大的模块，如功率放大(Power Amplifier，简称PA)模块、用户线路接口电路(Subscriber Line Interface Circuit，简称SLIC)等。在发明人工作过程中，对电源管理单元10处在不同工作状态下的功耗进行分析：

1.外部电源20(如充电器等)在位，并且设备工作在高功耗状态时，如果电池30的电压较高，不需要充电，此时小系统模块40、和非小系统模块50等设备内部模块优先选择由电源管理单元10供电。其中高功耗状态是指设备正在进行如通话、数据传输等操作时的状态。由于非小系统模块50的耗电量较大，它们都是通过电源管理单元10供电，从而造成充电控制模块11上的电流很大。其中，充电控制模块11通常包括由二极管，PNP的三极管(或者P_MOSFET)及检流电阻组成的充电线路，充电时电流流过充电线路形成的通道。

2.外部电源20在位，并且设备工作在高功耗状态时，如果此时电池30的电压较低，则电源管理单元10在供电的同时还会通过充电控制模块11为电池30充电，使得电源管理单元10上的电流进一步加大；并且由于电池30的电压把电源管理单元10的V_BAT管脚的电压拉低，造成V_CHG管脚与V_BAT管脚的电压差变大，从而又进一步增加了电源管理单元10的功耗。

消耗在电源管理单元10上的功耗主要有两部分：一部分是消耗在充电控制模块11上的功耗P1，具体地，P1＝(V_CHG-V_BAT)*I_CHG+V_CHG*I_Q，LDO；另一部分是消耗在电压转换模块12上的功耗P2，具体地，P2＝(V_BAT-V_LDO1)*I_LDO1+...+V_BAT*I_DC1*(1-η)+...。其中，V_CHG为充电电路上的输入电压，既外部电源的输出电压，V_BAT为充电控制模块上PMU的输出电压；I_Q为静态电流；V_BAT_IN为电池电压；V_LDO1表示为LDO1的输出电压；I_LDO1为LDO1的输出电流；I_DC1为DC/DC1的输入电流；I_CHG为充电控制模块上流过电流I_CHG≥I_LDO1+I_LDO2+...+I_DC1+I_DC2+...。

3.外部电源20不在位，整个设备由电池30供电。

现有技术中，外部电源20和电池30通常是由路径1通过电源管理单元10对小系统模块40供电，并通过路径2直接对非小系统模块50供电。但在有的技术方案中，也可以由路径1和路径3通过电源管理单元10对小系统模块40和非小系统模块50供电，但这种方案中电压转换模块12上的功耗会大大增加，同样也增加了整个电源管理单元10的功耗。

总之，现有技术的缺陷在于：外部电源20在位且设备工作在高功耗状态时电源管理单元功耗很大，且如果此时电池30需要充电，则电源管理单元10既要对小系统模块40和非小系统模块50供电，又要同时为电池30充电，并且如果电池电压较低，还增加了充电线路上的电压差，即增加了“V_CHG-V_BAT”的值，使得电源管理单元中的充电控制模块11的功耗进一步加大，从而影响整个电源管理单元10的性能和寿命。

发明内容

本发明要解决的问题是：供电单元中电源管理单元的功耗大，影响电源管理单元的性能和寿命。

为了解决上述问题，本发明的一个实施例是提供了一种供电单元，包括：

电池，用于为用电设备供电；

电源管理单元，与电池及外部电源连接，用于将来自于电池或外部电源的供电电压进行电压转换或稳压后对用电设备供电，及用于对电池充电；

还包括：

第一可控开关，设置在所述电池的连接线路上，当外部电源在位且用电设备处于高功耗状态时，第一可控开关断开；否则处于连接状态；所述高功耗状态包括通话、数据传输状态；

第二可控开关，设置于所述电池及电源管理单元与所述用电设备中的非小系统模块的连接线路上，当外部电源在位时，该第二可控开关断开；当外部电源不在位时，第二可控开关处于连接状态；所述非小系统模块为对稳压性能要求不高但耗电量大的模块；

一供电线路，用于将所述非小系统模块与所述外部电源进行电性连接。

为了解决上述问题，本发明的另一个实施例是提供一种供电装置，包括：电池和用电设备，所述用电设备为非小系统模块，所述非小系统模块为对稳压性能要求不高但耗电量大的模块，所述装置还包括：

第二可控开关，设置于所述非小系统模块与电池之间的连接线路上，当外部电源在位时，第二可控开关断开；当外部电源不在位时，第二可控开关处于连接状态；

一供电线路，用于将所述非小系统模块与外部电源进行电性连接；

电源管理单元，与所述电池及外部电源相连接，用于将来自于电池或外部电源的供电电压进行电压转换或稳压后对小系统模块供电，所述小系统模块为对稳压性能要求高的模块。

为了解决上述问题，本发明的另一个实施例提供了一种供电系统，包括：本发明所述的供电单元，并且还包括：与所述供电单元相连的外部电源，用于通过所述供电单元为用电设备供电。

为了解决上述问题，本发明的另一个实施例提供了另一种供电系统，包括：本发明所述的供电单元及用电设备，其中，所述用电设备包括：

小系统模块，与所述供电单元的电源管理单元相连并由所述电源管理单元供电，所述小系统模块为对稳压性能要求高的模块；

非小系统模块，与所述供电单元的电池及电源管理单元相连，当外部电源在位时由所述外部电源供电；当外部电源不在位时由所述电池直接供电，所述非小系统模块为对稳压性能要求不高但耗电量大的模块。

为了解决上述问题，本发明的另一个实施例提供了另一种供电系统，包括：本发明所述的供电装置，并且还包括：与所述供电装置相连的外部电源，用于通过所述供电装置为用电设备供电。。

为了解决上述问题，本发明的另一个实施例提供了一种供电方法，包括：

检测到外部电源在位时，断开电源管理单元及电池与非小系统模块的供电连接，将外部电源与非小系统模块进行供电连接，对非小系统模块进行供电，所述非小系统模块为对稳压性能要求不高但耗电量大的模块；

检测外部电源是否在位，当在位时判断用电设备是否处于高功耗状态，所述高功耗状态包括通话、数据传输状态；

当判断出用电设备处于高功耗状态时，断开电源管理单元与电池的供电连接。

通过本发明，无论外部电源在位与否，对非小系统模块进行供电时都不需要通过电源管理单元的充电控制模块，因此减小了流经充电控制模块的电流。并且由于外部电源在位时不由电池供电，因此也减少了电池的充电次数，延长了电池的使用寿命。另外，由于在高功耗状态时断开充电控制模块与电池的供电连接，即使此时电池的电压较低需要充电，外部电源也不会对其充电，从而避免了电源管理单元的功耗进一步升高，有利于延长电源管理单元的使用寿命。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为现有技术供电单元结构示意图；

图2为本发明实施例1所述供电单元结构示意图；

图3为本发明实施例2所述供电单元结构示意图；

图4为本发明实施例3所述供电装置结构示意图；

图5为本发明实施例3所述供电装置的另一种结构示意图；

图6为图5所示供电装置的具体电路图；

图7为本发明实施例4所述供电方法流程图；

图8为本发明实施例5所述供电方法流程图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种供电单元，可以应用于使用外部电源和电池进行供电的设备中。

如图2所示，本实施例所述供电单元100包括：电池30，用于为用电设备200供电；电源管理单元10，与电池30及外部电源20连接，用于将来自于电池30及外部电源20的供电电压进行电压转换或稳压后对用电设备200供电。其中，外部电源20是指用于外接在设备(如便携式设备)上，对其进行供电或对电池进行充电的电源，如充电器、USB供电单元等。另外，外部电源20还可以通过电源管理单元10对电池充电。在连接电池30的线路上设置有第一可控开关K1，当外部电源20在位且用电设备200处于高功耗状态时，第一可控开关K1断开；当外部电源20不在位或用电设备200处于低功耗状态时，第一可控开关K1处于连接状态。

具体地，用电设备200可以包括小系统模块40和非小系统模块50。其中，小系统模块40与电源管理单元10相连，由电池30或外部电源20通过电源管理单元10供电；而非小系统模块50与电池30及电源管理单元10相连，当外部电源20在位时由外部电源20通过电源管理单元10供电；当外部电源20不在位时由电池30直接供电。其中，“在位”是指连接了外部电源20并且外部电源已经被打开，处在正常工作中。

通过本实施例所述供电单元，由于当外部电源20在位且用电设备200处于高功耗状态时，通过第一可控开关K1将电池30与电源管理单元10隔离，因此，即使此时电池30的电压较低需要充电，外部电源20也不会对其充电，从而避免了电源管理单元10的功耗进一步升高，有利于延长电源管理单元10的使用寿命。

另外，本实施例所述的供电单元100还可以与外部电源20或用电设备200共同构成供电系统。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上对所述供电单元100做了进一步改进，如图3所示，在非小系统模块50的连接线路上还设置有第二可控开关K2，另外，由于非小系统模块50对电压性能要求不高，因此外部电源20不通过电源管理单元10而直接对非小系统模块50供电并不会影响其正常工作。供电单元100中还设置有一供电线路，用于将非小系统模块50与外部电源20进行电性连接。另外，由于外部电源20所能提供的电压值是固定的，不一定与非小系统模块50所需要的电压值相匹配，因此在该供电线路上还可以设置有直流转换模块60，用于进行必要的电压转换。具体地，该直流转换模块60可以为多个，相并联连接，分别具有不同的变压系数，并且该变压系数可以是根据供电需求可变的变压系数。

在供电过程中，当外部电源20在位时，第二可控开关K2断开，由外部电源20直接为非小系统模块50供电；当外部电源20不在位时，第二可控开关K2处于连接状态，由电池30为非小系统模块50供电。

通过本实施例所述供电单元，除了具有实施例1所述优点外，由于无论外部电源20在位与否，对非小系统模块50进行供电时都不需要通过电源管理单元10的充电控制模块11，因此减小了流经充电控制模块11的电流，最终减小电源管理单元10的功耗，降低了其发热量，延长了其使用寿命。另外，由于外部电源在位时不由电池供电，因此也减少了电池的充电次数，延长了电池的使用寿命。

另外，本实施例所述的供电单元100还可以与外部电源20或用电设备200共同构成供电系统。

实施例3

本实施提供了一种供电装置，如图4所示，

供电装置300包括：电池30和用电设备，其中，用电设备可以是非小系统模块50，在非小系统模块50与电池30之间的连接线路上还设置有第二可控开关K2。并且还包括一供电线路，将外部电源20和非小系统模块50进行电性连接。另外，该线路上还可以设置有直流转换模块60，用于进行必要的电压转换。具体地，该直流转换模块60可以为多个，相并联连接，分别具有不同的变压系数，并且该变压系数可以是根据供电需求可变的变压系数。

在供电过程中，当外部电源20在位时，第二可控开关K2断开，非小系统模块50由外部电源20直接供电；当外部电源20不在位时，第二可控开关K2处于连接状态，非小系统模块50由电池30直接供电。

除此之外，如图5所示，本实施例中的供电装置300还可以进一步包括电源管理单元10，与电池30及外部电源20相连接，用于将来自于电池30或外部电源20的供电电压进行电压转换或稳压后对小系统模块40供电。

通过本实施例所述供电装置，由于无论外部电源20在位与否，对非小系统模块50进行供电时都不需要通过电源管理单元10的充电控制模块11，因此减小了流经充电控制模块11的电流，最终减小电源管理单元10的功耗，降低了其发热量，延长了其使用寿命。另外，由于外部电源在位时不由电池供电，因此也减少了电池的充电次数，延长了电池的使用寿命。

另外，本实施例所述的供电装置300还可以与外部电源20共同构成供电系统。

如图6所示为图5的具体电路图，其中，

当外部电源在位时且有电时，V_CHG、VDD为高电平。

高功耗状态(如通话或数据传输业务等)时，软件设置BAT_EN_N为低电平，使MOS管Q4截止同时使MOS管Q2的栅极为高电平，根据具体情况可以调整分压电阻R410和R403的值以调整MOS管Q2的栅极电压。由于MOS管Q2采用P型MOS管，因此当栅极为高电平时该MOS管截止，即第一可控开关K1断开；VDD为高电平，MOS管Q5导通使MOS管Q3截止，从而使MOS管Q1截止，即第二可控开关K2断开。由外部电源通过DC/DC模块为PA、SLIC等非小系统模块供电，并通过电源管理单元为BBIC、MEMORY等小系统模块供电。

低功耗状态(没有进行通话或数据传输业务)时，此时可以通过软件将BAT_EN_N置为高电平，MOS管Q4导通，MOS管Q2栅极为低电平则导通，即接通第一可控开关K1，通过电池的V_BAT_IN管脚为电池充电；VDD为高电平，MOS管Q5导通，MOS管Q3截止，从而使MOS管Q1截止，即第二可控开关K2断开。仍然由外部电源通过DC/DC模块为PA、SLIC等非小系统模块供电；

当外部电源不在位或者停电时，V_CHG、VDD为低电平，MOS管Q2的栅极为低电平，MOS管Q2导通，即接通第一可控开关K1；VDD为低电平，MOS管Q5截止，如果此时电池电压不为零时则输出正极端V_BAT_IN为高电平，MOS管Q3导通使MOS管Q1的栅极为低电平，MOS管Q1导通，即接通第二可控开关K2，由电池为PA、SLIC等非小系统模块供电，并通过电源管理单元为小系统模块供电。

可选地，当非小系统模块中的PA需要不同的供电电压时，可以设置多个DC/DC模块，不同DC/DC模块的变压系数不同，外部电源通过并联的多个该DC/DC模块和非小系统模块相连。当PA处于高增益时，PA所需的供电电压较高，如3.6V；当PA处于低增益时，PA所需的供电电压较低，如1.8V。根据PA供电电压的需要选择不同的DC/DC模块进行变压，以进一步减少耗电量，节约能源。除此之外，也可以只设置一个DC/DC模块，通过设置图5中DC/DC模块中的分压电阻R1、R2的分压比例改变DC/DC模块的变压系数，进而改变输出的供电电压值，使其与PA所需的供电电压相匹配。

实施例4

本实施例提供了一种供电方法，如图7所示，

步骤400，检测外部电源是否在位，是则执行步骤410，否则执行步骤420。

步骤410，断开非小系统模块与PUM模块及电池的供电连接，将外部电源与非小系统模块进行供电连接；断开电池的供电连接，由外部电源对设备供电。具体地，外部电源通过电源管理单元对小系统模块进行供电，并直接对非小系统模块进行供电。

步骤411，对电源管理单元的功耗进行监测，当功耗低于预定的功耗阈值时，说明电源管理单元未处在高功耗状态，判断电池电压是否低于重充电阈值，是则说明电池需要充电，则接通电源管理单元与电池的供电连接，由外部电源通过电源管理单元对电池进行充电。其中高功耗状态是指设备此时正在进行通话或正在传输数据，使得其功耗超过功耗阈值。此处需要说明的是，本步骤中也可以先接通电源管理单元与电池的供电连接后再判断电池是否需要充电，当需要充电时进行供电。

步骤420，接通电池与电源管理单元及非小系统模块的供电连接。电池通过电源管理单元对小系统模块进行供电，并直接对非小系统模块进行供电。

通过本实施例所述供电方法，无论外部电源在位与否，对非小系统模块进行供电时都不需要通过电源管理单元的充电控制模块，因此减小了流经充电控制模块的电流，即减小了电源管理单元的功耗，降低了其发热量，延长了其使用寿命。并且当电源管理单元处于高功耗状态时不对电池供电，从而可以进一步减少电源管理单元的功耗。另外，由于外部电源在位时不由电池供电，因此也减少了电池的充电次数，延长了电池的使用寿命。

实施例5

本实施例提供了另一种供电方法，如图8所示，包括：

步骤500，检测外部电源是否在位，当在位时执行步骤510，否则执行步骤520。

步骤510，判断用电设备是否处于高功耗状态，具体地，可以由设备的CPU判断用电设备当前的功耗值是否低于预定的功耗阈值。当判断出用电设备处于高功耗时执行步骤511；

步骤511，断开电源管理单元与电池的供电连接。

通过本实施例所述方法，由于当外部电源在位且用电设备处于高功耗状态时，电源管理单元与电池的供电连接被断开，因此，即使此时电池的电压较低需要充电，外部电源也不会对其充电，从而避免了电源管理单元的功耗进一步升高，有利于延长电源管理单元的使用寿命。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种供电单元，包括：

电池，用于为用电设备供电；

电源管理单元，与电池及外部电源连接，用于将来自于电池或外部电源的供电电压进行电压转换或稳压后对用电设备供电，及用于对电池充电；

其特征在于，还包括：

第一可控开关，设置在所述电池的连接线路上，当外部电源在位且用电设备处于高功耗状态时，第一可控开关断开；否则处于连接状态；所述高功耗状态包括通话、数据传输状态；

第二可控开关，设置于所述电池及电源管理单元与所述用电设备中的非小系统模块的连接线路上，当外部电源在位时，该第二可控开关断开；当外部电源不在位时，第二可控开关处于连接状态；所述非小系统模块为对稳压性能要求不高但耗电量大的模块；

一供电线路，用于将所述非小系统模块与所述外部电源进行电性连接。

2.根据权利要求1所述的供电单元，其特征在于：

所述电源管理单元与所述用电设备中的小系统模块相连，为小系统模块供电，所述小系统模块为对稳压性能要求高的模块。

3.一种供电装置，包括：电池和用电设备，其特征在于，所述用电设备为非小系统模块，所述非小系统模块为对稳压性能要求不高但耗电量大的模块，所述装置还包括：

第二可控开关，设置于所述非小系统模块与电池之间的连接线路上，当外部电源在位时，第二可控开关断开；当外部电源不在位时，第二可控开关处于连接状态；

一供电线路，用于将所述非小系统模块与外部电源进行电性连接；

电源管理单元，与所述电池及外部电源相连接，用于将来自于电池或外部电源的供电电压进行电压转换或稳压后对小系统模块供电，所述小系统模块为对稳压性能要求高的模块。

4.根据权利要求3所述的供电装置，其特征在于：

所述供电线路上还设置有直流转换模块。

5.根据权利要求4所述的供电装置，其特征在于：

所述直流转换模块为多个，相并联连接，分别具有不同的变压系数，

6.根据权利要求4所述的供电装置，其特征在于：

所述直流转换模块具有可变的变压系数。

7.一种供电系统，包括：权利要求1-2中任一项所述的供电单元，其特征在于，还包括：与所述供电单元相连的外部电源，用于通过所述供电单元为用电设备供电。

8.一种供电系统，包括：用电设备及权利要求1-2中任一项所述的供电单元，其特征在于，所述用电设备包括：

小系统模块，与所述供电单元的电源管理单元相连并由所述电源管理单元供电，所述小系统模块为对稳压性能要求高的模块；

非小系统模块，与所述供电单元的电池及电源管理单元相连，当外部电源在位时由所述外部电源供电；当外部电源不在位时由所述电池直接供电，所述非小系统模块为对稳压性能要求不高但耗电量大的模块。

9.一种供电系统，包括：权利要求3-6中任一项所述的供电装置，其特征在于，还包括：与所述供电装置相连的外部电源，用于通过所述供电装置为用电设备供电。

10.一种供电方法，包括：

检测到外部电源在位时，断开电源管理单元及电池与非小系统模块的供电连接，将外部电源与非小系统模块进行供电连接，对非小系统模块进行供电，所述非小系统模块为对稳压性能要求不高但耗电量大的模块；

检测外部电源是否在位，当在位时判断用电设备是否处于高功耗状态，所述高功耗状态包括通话、数据传输状态；

当判断出用电设备处于高功耗状态时，断开电源管理单元与电池的供电连接。

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